类器官是由成体干细胞或多能干细胞在体外三维培养中形成的类组织实体，是生物医学研究中的重要模型系统。这些类器官在模拟人类组织和器官的生物过程、疾病进展以及药物筛选方面发挥着关键作用。然而，由于单个类器官的尺寸较小，且切片中细胞数量有限，传统的表征方法存在信息丢失的显著问题，且目前由于缺乏有效的复杂空间结构表征方法，类器官模型的应用受到限制。
为了提高类器官的一致性，开发了各种工程方法来改善细胞聚集体的均匀性和几何形状，包括在微腔或通道中生长细胞。为了工程化原代组织衍生的类器官，作者团队首次报道了液滴工程类器官（DEOs）。从自然组织中分离出的不同细胞群体，经过在体外的支架中包裹，表现出在支架中增殖、迁移和自组织的能力。溶解性生物材料，如基质胶和合成水凝胶，被制备成具有所需大小的均匀液滴，每个液滴中包含相同数量的细胞。每个液滴中的细胞群体可以是异质的，保持与其母体组织组成一致，但在更小的比例中，或者是来源于均质的干细胞群体。液滴中的细胞会重新组织成类似其母体组织的结构，并表现出功能相似性。这种方法需要少量的水凝胶材料和少量的起始细胞，使得高通量药物筛选测试成为可能，尤其适用于癌症患者的小型活检样本。5 μL生物墨水可制备出近30个类器官（直径约500 μm）。液滴微流控工程方法随后被扩展，用于进一步高通量生产并通过调整初始细胞包裹密度和在培养中播种免疫细胞来加入免疫微环境。
模式机理图（图片源自PNAS）
为了更好地理解DEOs的结构和机制信息，北京基因组研究所（BGI）开发的空间增强分辨率组学测序（Stereo-seq）能够同时捕捉类器官结构的空间和分子信息。Stereo-seq结合了空间转录组学和单细胞RNA测序的原理，为基因表达模式提供了在原生环境中的全面洞察。通常，样本被切片并装载到芯片上进行Stereo-seq，这在处理含有组织结构良好的细胞类型和群体的自然组织时效果良好。然而，类器官在空间上的转录特征受到其小尺寸和细胞数量的限制。由于切片类器官的细胞稀缺，这给分析带来了困难。此外，类器官切片是一个劳动密集型过程，且无法实现自动化。因此，尽管空间转录组学已被报道在脑、视网膜和胚胎类器官的表征中提供显著优于传统组织学检查（如苏木精-伊红染色和免疫荧光）的信息，尚未成功尝试用于原代组织衍生类器官的表征。
研究介绍了一种基于一步法类器官层积的空间转录组测序方法。为了以概念验证的方式展示该集成技术，实验验证使用了原代小鼠肺和肝脏类器官。这些近球形配置的类器官细胞通过加压层积法处理，转变为二维细胞分散体。层积细胞分散法在保持几乎所有类器官细胞的组成同时，保持了其区域分布。这使得该方法能够与空间转录组测序相结合，进行带有空间注释的单细胞分析。研究采用液滴工程类器官（DEOs）作为原代类器官，并使用BGI的Stereo-seq技术作为空间转录组学技术。随后，通过免疫荧光检测验证了切片样本中的时空组学结果，从而获得了可靠的原代类器官的空间分辨转录图谱。
原文链接：
https://doi.org/10.1073/pnas.2408939121
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